Стандартный поток вывода сообщений об ошибках c

Введение

Ошибки, увы, неизбежны, поэтому их обработка занимает очень важное место в программировании. И если алгоритмические ошибки можно выявить и исправить во время написания и тестирования программы, то ошибок времени выполнения избежать нельзя в принципе. Сегодня мы рассмотрим функции стандартной библиотеки (C Standard Library) и POSIX, используемые в обработке ошибок.

Переменная errno и коды ошибок

<errno.h>

errno – переменная, хранящая целочисленный код последней ошибки. В каждом потоке существует своя локальная версия errno, чем и обусловливается её безопасность в многопоточной среде. Обычно errno реализуется в виде макроса, разворачивающегося в вызов функции, возвращающей указатель на целочисленный буфер. При запуске программы значение errno равно нулю.

Все коды ошибок имеют положительные значения, и могут использоваться в директивах препроцессора #if. В целях удобства и переносимости заголовочный файл <errno.h> определяет макросы, соответствующие кодам ошибок.

Стандарт ISO C определяет следующие коды:

• EDOM – (Error domain) ошибка области определения.
• EILSEQ – (Error invalid sequence) ошибочная последовательность байтов.
• ERANGE – (Error range) результат слишком велик.

Прочие коды ошибок (несколько десятков) и их описания определены в стандарте POSIX. Кроме того, в спецификациях стандартных функций обычно указываются используемые ими коды ошибок и их описания.

Нехитрый скрипт печатает в консоль коды ошибок, их символические имена и описания:

#!/usr/bin/perl

use strict;
use warnings;

use Errno;

foreach my $err (sort keys (%!)) {
    $! = eval "Errno::$err";
    printf "%20s %4d   %sn", $err, $! + 0, $!
}

Если вызов функции завершился ошибкой, то она устанавливает переменную errno в ненулевое значение. Если же вызов прошёл успешно, функция обычно не проверяет и не меняет переменную errno. Поэтому перед вызовом функции её нужно установить в 0.

Пример:

/* convert from UTF16 to UTF8 */
errno = 0;	
n_ret = iconv(icd, (char **) &p_src, &n_src, &p_dst, &n_dst);   
	
if (n_ret == (size_t) -1) {
    VJ_PERROR();
    if (errno == E2BIG)  
        fprintf(stderr, " Error : input conversion stopped due to lack of space in the output buffern");
    else if (errno == EILSEQ)  
        fprintf(stderr, " Error : input conversion stopped due to an input byte that does not belong to the input codesetn");
    else if (errno == EINVAL)  
        fprintf(stderr, " Error : input conversion stopped due to an incomplete character or shift sequence at the end of the input buffern");
/* clean the memory */   
    free(p_out_buf);
    errno = 0;
    n_ret = iconv_close(icd);      
    if (n_ret == (size_t) -1)  
        VJ_PERROR();
    return (size_t) -1; 
}

Как видите, описания ошибок в спецификации функции iconv() более информативны, чем в <errno.h>.

Функции работы с errno

Получив код ошибки, хочется сразу получить по нему её описание. К счастью, ISO C предлагает целый набор полезных функций.

<stdio.h>

void perror(const char *s);

Печатает в stderr содержимое строки s, за которой следует двоеточие, пробел и сообщение об ошибке. После чего печатает символ новой строки 'n'.

Пример:

/*
//  main.c
//  perror example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 23/03/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    // Generate unique filename.
    char *file_name = tmpnam((char[L_tmpnam]){0});
   
    errno = 0;
    FILE *file = fopen(file_name, "rb");

    if (file) {
        // Do something useful. 
        fclose(file);
    }
    else {
        perror("fopen() ");
    }
	
    return EXIT_SUCCESS;
}

<string.h>

char* strerror(int errnum);
Возвращает строку, содержащую описание ошибки errnum. Язык сообщения зависит от локали (немецкий, иврит и даже японский), но обычно поддерживается лишь английский.

/*
//  main.c
//  strerror example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 23/03/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <errno.h>

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    // Generate unique filename.
    char *file_name = tmpnam((char[L_tmpnam]){0});

    errno = 0;
    FILE *file = fopen(file_name, "rb");
    // Save error number. 
    errno_t error_num = errno;
	
    if (file) {
        // Do something useful. 
        fclose(file);
    }
    else {
        char *errorbuf = strerror(error_num);
        fprintf(stderr, "Error message : %sn", errorbuf);
    }
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

strerror() не безопасная функция. Во-первых, возвращаемая ею строка не является константной. При этом она может храниться в статической или в динамической памяти в зависимости от реализации. В первом случае её изменение приведёт к ошибке времени выполнения. Во-вторых, если вы решите сохранить указатель на строку, и после вызовите функцию с новым кодом, все прежние указатели будут указывать уже на новую строку, ибо она использует один буфер для всех строк. В-третьих, её поведение в многопоточной среде не определено в стандарте. Впрочем, в QNX она объявлена как thread safe.

Поэтому в новом стандарте ISO C11 были предложены две очень полезные функции.

size_t strerrorlen_s(errno_t errnum);

Возвращает длину строки с описанием ошибки errnum.

errno_t strerror_s(char *buf, rsize_t buflen, errno_t errnum);

Копирует строку с описание ошибки errnum в буфер buf длиной buflen.

Пример:

/*
//  main.c
//  strerror_s example 
//
//  Created by Ariel Feinerman on 23/02/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#define __STDC_WANT_LIB_EXT1__ 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <errno.h>

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    // Generate unique filename.
    char *file_name = tmpnam((char[L_tmpnam]){0});
	
    errno = 0;
    FILE *file = fopen(file_name, "rb");
    // Save error number. 
    errno_t error_num = errno;

    if (file) {
        // Do something useful. 
        fclose(file);
    }
    else {
#ifdef __STDC_LIB_EXT1__
    size_t error_len = strerrorlen_s(errno) + 1;
    char error_buf[error_len];
    strerror_s(error_buf, error_len, errno);
    fprintf(stderr, "Error message : %sn", error_buf);
#endif
    }
	
    return EXIT_SUCCESS;
}

Функции входят в Annex K (Bounds-checking interfaces), вызвавший много споров. Он не обязателен к выполнению и целиком не реализован ни в одной из свободных библиотек. Open Watcom C/C++ (Windows), Slibc (GNU libc) и Safe C Library (POSIX), в последней, к сожалению, именно эти две функции не реализованы. Тем не менее, их можно найти в коммерческих средах разработки и системах реального времени, Embarcadero RAD Studio, INtime RTOS, QNX.

Стандарт POSIX.1-2008 определяет следующие функции:

char *strerror_l(int errnum, locale_t locale);

Возвращает строку, содержащую локализованное описание ошибки errnum, используя locale. Безопасна в многопоточной среде. Не реализована в Mac OS X, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris и прочих коммерческих UNIX. Реализована в Linux, MINIX 3 и Illumos (OpenSolaris).

Пример:

/*
 //  main.c
 //  strerror_l example – works on Linux, MINIX 3, Illumos
 //
 //  Created by Ariel Feinerman on 23/03/17.
 //  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <errno.h>

#include <locale.h>

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    locale_t locale = newlocale(LC_ALL_MASK, "fr_FR.UTF-8", (locale_t) 0);
    
    if (!locale) {
        fprintf(stderr, "Error: cannot create locale.");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // Generate unique filename.
    char *file_name = tmpnam((char[L_tmpnam]){0});
	
    errno = 0;
    FILE *file = fopen(tmpnam(file_name, "rb");
    // Save error number. 
    errno_t error_num = errno;

    if (file) {
        // Do something useful. 
        fclose(file);
    }
    else {
        char *error_buf = strerror_l(errno, locale);
        fprintf(stderr, "Error message : %sn", error_buf);
    }
	
    freelocale(locale);
	
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

Error message : Aucun fichier ou dossier de ce type

int strerror_r(int errnum, char *buf, size_t buflen);

Копирует строку с описание ошибки errnum в буфер buf длиной buflen. Если buflen меньше длины строки, лишнее обрезается. Безопасна в многоготочной среде. Реализована во всех UNIX.

Пример:

/*
//  main.c
//  strerror_r POSIX example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 25/02/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <errno.h>

#define MSG_LEN 1024 

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    // Generate unique filename.
    char *file_name = tmpnam((char[L_tmpnam]){0});
    
    errno = 0;
    FILE *file = fopen(file_name, "rb");
    // Save error number. 
    errno_t error_num = errno;	
	
    if (file) {
        // Do something useful.
        fclose(file);
    }
    else {
        char error_buf[MSG_LEN];
        errno_t error = strerror_r (error_num, error_buf, MSG_LEN);
		
        switch (error) {
            case EINVAL:
                    fprintf (stderr, "strerror_r() failed: invalid error code, %dn", error);
                    break;
            case ERANGE:
                    fprintf (stderr, "strerror_r() failed: buffer too small: %dn", MSG_LEN);
            case 0:
                    fprintf(stderr, "Error message : %sn", error_buf);
                    break;
            default: 
                    fprintf (stderr, "strerror_r() failed: unknown error, %dn", error);
                    break;
        }
    }
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Увы, никакого аналога strerrorlen_s() в POSIX не определили, поэтому длину строки можно выяснить лишь экспериментальным путём. Обычно 300 символов хватает за глаза. GNU C Library в реализации strerror() использует буфер длиной в 1024 символа. Но мало ли, а вдруг?

Пример:

/*
 //  main.c
 //  strerror_r safe POSIX example
 //
 //  Created by Ariel Feinerman on 23/03/17.
 //  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <errno.h>

#define MSG_LEN 1024 
#define MUL_FACTOR 2

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    // Generate unique filename.
    char *file_name = tmpnam((char[L_tmpnam]){0});
	
    errno = 0;
    FILE *file = fopen(file_name, "rb");
    // Save error number. 
    errno_t error_num = errno;
	
    if (file) {
        // Do something useful.
        fclose(file);
    }
    else {
        errno_t error = 0;
        size_t error_len = MSG_LEN; 
		
        do {
            char error_buf[error_len];
            error = strerror_r (error_num, error_buf, error_len);
            switch (error) {
                    case 0:
                            fprintf(stderr, "File : %snLine : %dnCurrent function : %s()nFailed function : %s()nError message : %sn", __FILE__, __LINE__, __func__, "fopen", error_buf);
	                    break;
                    case ERANGE: 
                            error_len *= MUL_FACTOR;
                            break;
                    case EINVAL: 
                            fprintf (stderr, "strerror_r() failed: invalid error code, %dn", error_num);
                            break;
                    default:
                            fprintf (stderr, "strerror_r() failed: unknown error, %dn", error);
                            break;
            }
			
        } while (error == ERANGE);
    }
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

File : /Users/ariel/main.c
Line : 47
Current function : main()
Failed function : fopen()
Error message : No such file or directory

Макрос assert()

<assert.h>

void assert(expression)

Макрос, проверяющий условие expression (его результат должен быть числом) во время выполнения. Если условие не выполняется (expression равно нулю), он печатает в stderr значения __FILE__, __LINE__, __func__ и expression в виде строки, после чего вызывает функцию abort().

/*
//  main.c
//  assert example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 23/03/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

#include <math.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    double x = -1.0;
    assert(x >= 0.0);
    printf("sqrt(x) = %fn", sqrt(x));   
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

Assertion failed: (x >= 0.0), function main, file /Users/ariel/main.c, line 17.

Если макрос NDEBUG определён перед включением <assert.h>, то assert() разворачивается в ((void) 0) и не делает ничего. Используется в отладочных целях.

Пример:

/*
//  main.c
//  assert_example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 23/03/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#NDEBUG

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

#include <math.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    double x = -1.0;
    assert(x >= 0.0);
    printf("sqrt(x) = %fn", sqrt(x));   
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

sqrt(x) = nan

Функции atexit(), exit() и abort()

<stdlib.h>

int atexit(void (*func)(void));

Регистрирует функции, вызываемые при нормальном завершении работы программы в порядке, обратном их регистрации. Можно зарегистрировать до 32 функций.

_Noreturn void exit(int exit_code);

Вызывает нормальное завершение программы, возвращает в среду число exit_code. ISO C стандарт определяет всего три возможных значения: 0, EXIT_SUCCESS и EXIT_FAILURE. При этом вызываются функции, зарегистрированные через atexit(), сбрасываются и закрываются потоки ввода — вывода, уничтожаются временные файлы, после чего управление передаётся в среду. Функция exit() вызывается в main() при выполнении return или достижении конца программы.

Главное преимущество exit() в том, что она позволяет завершить программу не только из main(), но и из любой вложенной функции. К примеру, если в глубоко вложенной функции выполнилось (или не выполнилось) некоторое условие, после чего дальнейшее выполнение программы теряет всякий смысл. Подобный приём (early exit) широко используется при написании демонов, системных утилит и парсеров. В интерактивных программах с бесконечным главным циклом exit() можно использовать для выхода из программы при выборе нужного пункта меню.

Пример:

/*
//  main.c
//  exit example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 17/03/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void third_2(void) 
{
    printf("third #2n");          // Does not print.
}

void third_1(void) 
{
    printf("third #1n");          // Does not print.
}

void second(double num) 
{
    printf("second : before exit()n");	// Prints.
    
    if ((num < 1.0f) && (num > -1.0f)) {
        printf("asin(%.1f) = %.3fn", num, asin(num));
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    else {
        fprintf(stderr, "Error: %.1f is beyond the range [-1.0; 1.0]n", num);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("second : after exit()n");	// Does not print.
}

void first(double num) 
{
    printf("first : before second()n")
    second(num);
    printf("first : after second()n");          // Does not print.
}

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    atexit(third_1); // Register first handler. 
    atexit(third_2); // Register second handler.
    
    first(-3.0f);
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

first : before second()
second : before exit()
Error: -3.0 is beyond the range [-1.0; 1.0]
third #2
third #1

_Noreturn void abort(void);

Вызывает аварийное завершение программы, если сигнал не был перехвачен обработчиком сигналов. Временные файлы не уничтожаются, закрытие потоков определяется реализацией. Самое главное отличие вызовов abort() и exit(EXIT_FAILURE) в том, что первый посылает программе сигнал SIGABRT, его можно перехватить и произвести нужные действия перед завершением программы. Записывается дамп памяти программы (core dump file), если они разрешены. При запуске в отладчике он перехватывает сигнал SIGABRT и останавливает выполнение программы, что очень удобно в отладке.

Пример:

/*
//  main.c
//  abort example
//
//  Created by Ariel Feinerman on 17/02/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void third_2(void) 
{
    printf("third #2n");          // Does not print.
}

void third_1(void) 
{
    printf("third #1n");          // Does not print.
}

void second(double num) 
{
    printf("second : before exit()n");	// Prints.
    
    if ((num < 1.0f) && (num > -1.0f)) {
        printf("asin(%.1f) = %.3fn", num, asin(num));
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    else {
        fprintf(stderr, "Error: %.1f is beyond the range [-1.0; 1.0]n", num);
        abort();
    }
    
    printf("second : after exit()n");	// Does not print.
}

void first(double num) 
{
    printf("first : before second()n");
    second(num);
    printf("first : after second()n");          // Does not print.
}

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    atexit(third_1); // register first handler 
    atexit(third_2); // register second handler
    
    first(-3.0f);
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

first : before second()
second : before exit()
Error: -3.0 is beyond the range [-1.0; 1.0]
Abort trap: 6

Вывод в отладчике:

$ lldb abort_example 
(lldb) target create "abort_example"
Current executable set to 'abort_example' (x86_64).
(lldb) run
Process 22570 launched: '/Users/ariel/abort_example' (x86_64)
first : before second()
second : before exit()
Error: -3.0 is beyond the range [-1.0; 1.0]
Process 22570 stopped
* thread #1: tid = 0x113a8, 0x00007fff89c01286 libsystem_kernel.dylib`__pthread_kill + 10, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = signal SIGABRT
    frame #0: 0x00007fff89c01286 libsystem_kernel.dylib`__pthread_kill + 10
libsystem_kernel.dylib`__pthread_kill:
->  0x7fff89c01286 <+10>: jae    0x7fff89c01290            ; <+20>
    0x7fff89c01288 <+12>: movq   %rax, %rdi
    0x7fff89c0128b <+15>: jmp    0x7fff89bfcc53            ; cerror_nocancel
    0x7fff89c01290 <+20>: retq   
(lldb) 

В случае критической ошибки нужно использовать функцию abort(). К примеру, если при выделении памяти или записи файла произошла ошибка. Любые дальнейшие действия могут усугубить ситуацию. Если завершить выполнение обычным способом, при котором производится сброс потоков ввода — вывода, можно потерять ещё неповрежденные данные и временные файлы, поэтому самым лучшим решением будет записать дамп и мгновенно завершить программу.

В случае же некритической ошибки, например, вы не смогли открыть файл, можно безопасно выйти через exit().

Функции setjmp() и longjmp()

Вот мы и подошли к самому интересному – функциям нелокальных переходов. setjmp() и longjmp() работают по принципу goto, но в отличие от него позволяют перепрыгивать из одного места в другое в пределах всей программы, а не одной функции.

<setjmp.h>

int setjmp(jmp_buf env);

Сохраняет информацию о контексте выполнения программы (регистры микропроцессора и прочее) в env. Возвращает 0, если была вызвана напрямую или value, если из longjmp().

void longjmp(jmp_buf env, int value);

Восстанавливает контекст выполнения программы из env, возвращает управление setjmp() и передаёт ей value.

Пример:

/*
//  main.c
//  setjmp simple
//
//  Created by Ariel Feinerman on 18/02/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <setjmp.h>

static jmp_buf buf;

void second(void) 
{
    printf("second : before longjmp()n");	// prints
    longjmp(buf, 1);						// jumps back to where setjmp was called – making setjmp now return 1
    printf("second : after longjmp()n");	// does not prints
	
    // <- Here is the point that is never reached. All impossible cases like your own house in Miami, your million dollars, your nice girl, etc.
}

void first(void) 
{
    printf("first : before second()n");
    second();
    printf("first : after second()n");          // does not print
}

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    if (!setjmp(buf))
        first();                // when executed, setjmp returned 0
    else                        // when longjmp jumps back, setjmp returns 1
        printf("mainn");       // prints
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

first : before second()
second : before longjmp()
main

Используя setjmp() и longjmp() можно реализовать механизм исключений. Во многих языках высокого уровня (например, в Perl) исключения реализованы через них.

Пример:

/*
//  main.c
//  exception simple
//
//  Created by Ariel Feinerman on 18/02/17.
//  Copyright  2017 Feinerman Research, Inc. All rights reserved.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#include <setjmp.h>

#define str(s) #s

static jmp_buf buf;

typedef enum {
    NO_EXCEPTION    = 0,
    RANGE_EXCEPTION = 1,
    NUM_EXCEPTIONS
} exception_t;

static char *exception_name[NUM_EXCEPTIONS] = {
	
    str(NO_EXCEPTION),
    str(RANGE_EXCEPTION)
};

float asin_e(float num) 
{
    if ((num < 1.0f) && (num > -1.0f)) {
        return asinf(num);
    }	
    else {
        longjmp(buf, RANGE_EXCEPTION);        // | @throw  
    }
}

void do_work(float num) 
{
    float res = asin_e(num);
    printf("asin(%f) = %fn", num, res);         
}

int main(int argc, const char * argv[]) 
{
    exception_t exc = NO_EXCEPTION;
    if (!(exc = setjmp(buf))) {        // |	
        do_work(-3.0f);                // | @try
    }                                  // |
    else {                                                                               // | 
        fprintf(stderr, "%s was hadled in %s()n", exception_name[exc], __func__);       // | @catch
    }                                                                                    // | 
	
    return EXIT_SUCCESS;
}

Вывод:

RANGE_EXCEPTION was hadled in main()

Внимание! Функции setjmp() и longjmp() в первую очередь применяются в системном программировании, и их использование в клиентском коде не рекомендуется. Их применение ухудшает читаемость программы и может привести к непредсказуемым ошибкам. Например, что произойдёт, если вы прыгните не вверх по стеку – в вызывающую функцию, а в параллельную, уже завершившую выполнение?

Информация

• стандарт ISO/IEC C (89/99/11)
• Single UNIX Specifcation, Version 4, 2016 Edition
• The Open Group Base Specifcations Issue 7, 2016 Edition (POSIX.1-2008)
• SEI CERT C Coding Standard
• cправочная информация среды программирования
• справочная информация операционной системы (man pages)
• заголовочные файлы (/usr/include)
• исходные тексты библиотеки (C Standard Library)

При работе с потоками, файлами и каталогами вам также потребуются перечисления FileAccess, FileMode, FileShare и SeekOrigin. Они содержат определения констант, нужных для определения режимов создания и открытия файлов, режимов совместного доступа к файлу, а также позиции при произвольном доступе к файлам.

Все эти константы мы будем рассматривать дальше по мере изложения материала этой главы.

3 Работа со стандартными потоками

Приложению С# доступны 3 стандартных потока, которые всегда открыты; стандартный поток ввода, стандартный поток вывода и стандартный поток вывода сообщений об ошибках.

Все перечисленные выше потоки определены в классе Console. Вы можете получить на них ссылки с помощью статических свойств In, Out и Error.

3.1 Стандартный поток ввода

Стандартный поток ввода, который можно получить при помощи статического свойства In, определен как статический объект класса TextReader. Этот класс содержит методы, предназначенные для ввода отдельных символов, строк и блоков текста. Вот как программа может получить ссылку на стандартный поток ввода:

TextReader trln = Console.In;

Чтобы ввести данные из стандартного потока ввода (по умолчанию связанного с клавиатурой компьютера), используйте один из методов, определенных для этого в классе TextReader.

В предыдущих примерах программ мы использовали метод Console. ReadLine, осуществляющий ввод символов из стандартного потока ввода. Аналогичный метод предусмотрен и в классе TextReader:

string s = trln,ReadLine();

Этот оператор вводит текстовую строку с клавиатуры и сохраняет ее в переменной s. В классе TextReader имеются и другие методы, предназначенные для ввода отдельных символов и блока символов.

Метод Read, не имеющий параметров, читает один символ и возвращает его как значение типа int. Если символов больше нет, метод возвращает значение -1. При возникновении ошибок создается исключение lOException, обработку которого необходимо предусмотреть.

3.2 Стандартный поток вывода

Стандартный поток вывода Out создан на базе класса TextWriter, предназначенного для форматированного вывода данных различного типа с целью их визуального отображения в виде текстовой строки.

Для того чтобы получить ссылку на стандартный поток вывода, используйте свойство Console.Out:

По умолчанию сообщения об ошибках выводятся на то же самое устройство вывода

Консольный ввод-вывод

Последнее обновление: 08.01.2023

При запуске программы на Си автоматически открываются ряд потоков, основными из которых являются следующие:

• Стандартный поток ввода stdin

• Стандартный поток вывода stdout

• Стандартный поток вывода сообщений об ошибках stderr

Стандартный поток ввода stdin по умолчанию соответствует клавиатуре, а потоки stdout и
stderr — экрану монитора.

Для управления вводом-выводом с помощью этих потоков используются ряд функций:

• getchar(): ввод с клавиатуры одного символа

• putchar(): вывод на консоль одного символа

• fgets(): ввод одной строки

• puts() / fputs(): вывод одной строки на консоль

• scanf(): ввод с консоли с форматированием данных

• sscanf(): ввод с из строки с форматированием данных

• printf(): вывод с форматированием данных

Функции printf и scanf уже рассматривались ранее, поэтому посмотрим, как применять остальные функции.

Ввод и вывод символов

Для ввода и вывода символа применяются функции getchar() и putchar(). Но следует сказать, что на самом деле они
полноценными функциями не являются, а определены как макросы в заголовочном файле stdio.h:

#define getchar()	getc(stdin)
#define putchar(c)	putc((c), stdout)

Вывод символа

Для вывода отдельного символа на консоль предназначена функция putchar() со следующим прототипом:

int putchar(int c);

Выводимый символ в виде числового кода передается в putchar в качестве параметра, он же возвращается функцией.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	char c = 'A';
	putchar(c);		// Выводим символ A
}

Ввод символа

Для ввода одного символа с клавиатуры применяется функция getchar(), которая имеет следующий прототип:

int getchar(void);

В качестве результата функция возвращает числовой код введенного символа.

При использовании функции getchar следует учитывать, что при печати текста посредством клавиатуры
в буфер операционной системы заносятся коды печатаемых символов, а сами символы отображаются на экране.
Поучение программой введенного символа из буфера производится с помощью нажатия клавиши Enter.

И если буфер операционной системы не пуст, то при вызове функции getc() она получает очередной символ из буфера.
Если же буфер пуст, то происходит чтение байта из потока ввода с помощью системной функции, название которой зависит от операционной системы.

При этом при нажатии клавиши Enter, в буфер также помещается код этой клавиши. То есть
если мы введем один символ и нажмем на Enter, в буфере окажутся два числовых кода — введенного символа и клавиши Enter. И это надо учитывать при работе с
функцией getchar. В частости, рассмотрим простой, но показательный пример:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("1");
	getchar(); // ожидание ввода символа
	printf("2");
	getchar(); // ожидание ввода символа
	printf("3");
	
    return 0;
}

Сначала на экран выводится цифра 1, после чего функция getchar ожидает ввода символа. Если после ввода символа мы нажмем Enter, то в буфер будет помещены два числовых кода — введеного символа и
клавиши Enter. Поэтому при втором вызове getchar эта функция считывает байт из буфера — то есть числовой код клавиши Enter.

Например, введем при первом вызове функции getchar символ «a», а затем Enter:

Но если при каждом вызове getchar мы будем только нажимать клавишу Enter, тогда в буфер будет заноситься только код этой клавиши, и соответственно
программа будет работать, как и ожидалось:

Применим функции getchar и putchar для ввода и вывода символов с клавиатуры:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int c;
	
	while((c=getchar())!=EOF)
	{
		putchar(c);
	}
    return 0;
}

Функция getchar() считывает числовой код символа, который потом выводится в функции putchar(). Для вывода из программы необходимо ввести комбинацию клавиш
Ctrl+C.

Ввод и вывод строк

Вывод строк и puts

Для вывода одной строки на консоль предназначена функция puts() со следующим прототипом:

int putchar(char *s);

В качестве параметра передается указатель на строку, а возвращаемым результатом функции является последний выведенный символ.

При этом функция puts() будет выводить символы переданной строки, пока не дойдет до нулевого символа ».
Если же выводимый массив символов не содержит этого символа, то результат программы неопределен. Например:

#include <stdio.h>
 
int main(void)
{
    puts("Hello World");        // выводим строковый литерал

    char* name = "Hello Metanit.com";
    puts(name);                 // выводим значение переменной

    return 0;
}

Консольный вывод:

Hello World
Hello Metanit.com

Вывод строк и fputs

Функция fputs() также записывает в поток вывода строку, то есть набор символов, который завершается символом ». При записи строки нулевой символ » не записывается. Она имеет следующий прототип:

int fputs(const char *s, FILE *stream);

Первый параметр функции — записываемая строка, а второй — указатель на поток вывода. В качестве результата функция возвращает неотрицательное целое число.
При ошибках в процессе записи возвращается значение EOF.

Применим функцию для записи в стандартный поток вывода, то есть на консоль. В этом случае в качестве второго параметра надо передать значение stdout:

#include <stdio.h>
  
int main(void)
{
    fputs("Hello METANIT.COM.n", stdout);
    return 0;
}

Ввод строк и fgets

Для ввода строки с клавиатуры применяется функция fgets(), которая имеет следующий прототип:

char *fgets(char *str, int count, FILE *stream);

Параметры функции

• char *str: строка, в которую производится считывание.

• int count: сколько символов необходимо считывать.

• FILE *stream: файловый поток, из которого производится считывание. В качестве потока ввода может выступать и консольный ввод.

Функция fgets() прекращает считывание, когда пользователь нажимает клавишу ENTER, то есть когда в поток добавляется символ перевода строки.

Рассмотрим считывание строки с консоли. Для этого в качестве третьего параметра в функцию передается значение stdin:

#include <stdio.h>

#define MAX 15

int main(void)
{
 	char name[MAX];
    printf("Enter name: ");
 	fgets(name, MAX, stdin);
 	printf("Your name: %sn", name);
	return 0;
}

Здесь функция fgets считывает не более 15 символов в строку name, а В реальности функция предложит ввести 14 символов, так как последний символ зарезервирован для нулевого символа ».
Если будет введено больше символов, то fgets все равно считает не более 15 символов. Таким образом
функция позволяет проверить количество считываемых символов и поэтому считается безопасной.

Пример работы программы:

Enter name: Tom Smith
Your name: Tom Smith 

Стоит отметить, что функция fgets() возвращает указатель char * — указатель на буфер, в который считаны данные. В реальности это
тот же самый буфер, который передавался в качестве первого параметра, то есть в примере выше — это массив name. Однако этот результат может нам пригодится для проверки успешности
выполнения функции — если считывание прошло неудачно, то функция возвращает NULL:

#include <stdio.h>
#define MAX 15

int main(void)
{
 	char name[MAX];
    printf("Enter name: ");
 	if(fgets(name, MAX, stdin) != NULL)
	// if(fgets(name, MAX, stdin)) - можно сократить
	{
		printf("Your name: %sn", name);
	}
 	else
	{
		printf("Critical Error!!!");
	}
	return 0;
}

Для эмуляции ошибки можно передать в функцию вторым параметром число 0.